JP4302032B2 - バーハンドル車両におけるパワーステアリング及びバーハンドル車両 - Google Patents

Description

本発明は、バーハンドル車両におけるハンドル操舵力をアシストさせるパワーステアリングと、そのパワーステアリングを備えたバーハンドル車両に関する。

鞍乗りタイプの車両として、例えば、四輪バギーがある。この四輪バギーは、バーハンドルを備えたステアリング機構を介して前輪を操舵するように構成されている。

しかしながら、丸ハンドルを備えた車両は、比較的に車両重量が重い為に、ハンドル角に対し、前輪の操舵角を所要のギア比で減速させて前輪を倍力させているのに対し、四輪バギーのような軽量な車は、ハンドル操作入力が比較的に軽い為、ギア比で減速させて前輪を倍力する必要もないことと、車両のコンセプト上、バーハンドルが適している為、当構造が採用されている。
しかしながら、より快適性を向上するにあたり、ハンドル操作荷重を軽くすることも望まれている。

そこで、快適性をより向上する為に、例えば、ステアリングシャフトの上部側を支持する支持部とステアリングシャフトの下部側を支持する支持部との間に、上部側フレームパイプに支持された電動式パワーステアリング装置を介挿して、操舵力をアシストさせることが提案されている。

この電動式パワーステアリング装置は、回動自在に軸支された入力軸と出力軸が、トーションバーによって弾性的に結合され、そのトーションバーの捻れ量に基づいてトルク量を検出し、そのトルク量等に基づいて出力軸と噛合されたギアを電動モータで駆動して操舵力をアシストするものである（例えば特許文献１参照）。

特許２６６３４５４号（第２頁、図１）

しかしながら、上記したように快適性をより向上させてはいるものの、四輪バギーのような小型の車両は、ステアリングパワーアシスト装置を取り付けるに当たり、スペースに制限がある為、小型の装置が必要となる。

そこで本発明は、例えば四輪バギーのような車両に対しても、広く用いられている小型のトルクセンサを実装することができるバーハンドル車両におけるパワーステアリングと、バーハンドル車両を提供することを目的とする。

上記技術的課題を達成するために、本発明にかかるパワーステアリングは、下記の技術的手段を講じた。
すなわち、請求項１にかかるバーハンドル車両におけるパワーステアリングは、入力軸と前記入力軸と同軸上に位置した出力軸とを備え夫々の軸が回動可能に支持されたステアリングシャフト部と、前記入力軸と前記出力軸との間を連結するトーションバーと前記トーションバーにかかるトルク量を検出するトルクセンサとからなるトルクセンサ部と、前記出力軸と係合され、前記トルクセンサ部でセンシングされた前記トルク量等に基づいて操舵力をアシストさせるパワーアシスト部とを備えたバーハンドル車両におけるパワーステアリングにおいて、前記トーションバー端部にはセンシング用入力軸とセンシング用出力軸が連結され、前記入力軸には前記センシング用入力軸が独立して回動可能に取り付けられ、前記入力軸と前記センシング用入力軸とに係合され、前記入力軸に付与されたトルクを低減させて前記センシング用入力軸に付与させるトルク低減機構部と、前記センシング用出力軸と前記出力軸とに係合され、前記センシング用出力軸に付与されたトルクを増幅させて前記出力軸に付与させるトルク増幅機構部を備え、前記トルク低減機構部と前記トルク増幅機構部はタイバーで連結され、前記トルク低減機構部と前記パワーアシスト部はブラケットを介して連結されていることを特徴とする。
請求項２にかかるバーハンドル車両におけるパワーステアリングは、請求項１において、前記トルク低減機構部は、前記入力軸に設けられた第１ギアと、前記入力軸と平行に並設され回動可能に支持された入力側副軸と、前記入力側副軸に設けられ前記第１ギアと噛合された第２ギアと、前記入力側副軸に設けられた第３ギアと、前記センシング用入力軸に設けられ前記第３ギアと噛合された第４ギアと、を備えてなり、前記第１ギアに対して前記第４ギアが所要の増速となるギア比で構成されたことを特徴とする。
請求項３にかかるバーハンドル車両におけるパワーステアリングは、請求項１または２において、前記トルク増幅機構部は、前記センシング用出力軸に設けられた第５ギアと、前記出力軸と平行に並設され回動可能に支持された出力側副軸と、前記出力側副軸に設けられ前記第５ギアと噛合された第６ギアと、前記出力側副軸に設けられた第７ギアと、前記センシング用出力軸に設けられ前記第７ギアと噛合された第８ギアと、を備えてなり、前記第５ギアに対して前記第８ギアが所要の減速となるギア比で構成されたことを特徴とする。
請求項４にかかるバーハンドル車両におけるパワーステアリングは、請求項３において、前記トルク増幅機構部は、そのギア比が、前記トルク低減機構部のギア比と相殺されるように前記トルク低減機構部のギア比と逆になるギア比で構成されていることを特徴とする。
請求項５にかかるバーハンドル車両は、請求項１〜４の何れか１項に記載のバーハンドル車両におけるパワーステアリングと、バーハンドルとを備えたことを特徴とする。

請求項１によれば、入力軸に付与されたトルクを低減させてセンシング用入力軸に付与させるトルク低減機構部を設けたから、どのようなタイプの車両においても、小型のトルクセンサを実装することができる。

請求項２によれば、センシング用出力軸に付与されたトルクを増幅させて出力軸に付与させるトルク増幅機構部を設けたから、機構的なロスを生じさせることなく、トルク低減機構部で低減されたトルクを復帰することができる。

請求項３及び４によれば、トルク低減機構部とトルク増幅機構部とを所要のギアトレーンで構成したから、摩擦損失が少なく機構的に安定したトルク低減、あるいはトルク増幅が実現できると共に、ギアトレーンという容易な手段を採用したことで、生産性に優れたパワーステアリングを提供できる。

請求項５によれば、トルク増幅機構部のギア比を、トルク低減機構部のギア比と相殺されるようにトルク低減機構部のギア比と逆になるように構成したから、トルク低減機構部で低減されたトルクを復帰することができると同時に、入力軸に入力された回転角度に対して同じ角度でもって出力軸が回動するから、パワーステアリングと接続される車輪側の機構部を変更する必要がない。

請求項６によれば、丸ハンドルを備えた自動車用のトルクセンサを用いることで、生産コストを抑えたパワーステアリングを提供できる。
請求項７によれば、ステアリングシャフトに掛かるトルクが大きくなる四輪バギーに小型のトルクセンサを実装したパワーステアリングが採用したことで、生産コストを抑えた四輪バギーを提供できる。

次に、本発明にかかるバーハンドル車両におけるパワーステアリングの実施の形態を説明する。なお、本実施の形態は、本発明にかかるパワーステアリングを組み込んだ、所謂鞍乗りタイプの四輪バギーＡを例示しており、要部であるパワーステアリング以外の構成の詳細な説明は省略する。なお、図中、符号Ａは四輪バギーを、符号７はパワーステアリングを示す。

本実施の形態にかかる四輪バギーＡは、図１に示すように、骨組みとなる車体フレーム１と、車体フレーム１に基部が接続された懸架装置２と、その懸架装置２と車体フレーム１に支持された２本１組の前輪３及び２本１組の後輪４と、伝達機構（図示せず）を介して後輪４と接続され減速機構（図示せず）が内装されたエンジン部（図示せず）と、運転者が鞍乗り状に着座するシート部５と、車体フレーム１に支持され伝達機構６を介して前輪３と接続されたパワーステアリング７と、パワーステアリング７の頂部に設けられたバーハンドル８と、を備えて構成され、シート部５に着座した運転者のハンドル操作、スロットル操作、ギア操作などによって自走するように構成されている。

次に、本発明の要部であるパワーステアリング７について説明する。
本実施の形態にかかるパワーステアリング７は、図２に示すように、ステアリングシャフト部７ａと、トルク低減機構部７ｂと、トルクセンサ部７ｃと、トルク増幅機構部７ｄと、パワーアシスト部７ｅと、を備えてなる。

ステアリングシャフト部７ａは、略U字状に形成され車体フレーム１に支持されたステアリングホルダ７ｆと後述する第１ギアボックス７０７とで回動可能に支持された中空状の入力軸７０１と、その入力軸７０１の中心線上、下方に、後述するパワーアシスト部７ｅに回動可能に支持され車体フレーム１に支持された伝達機構６を介して前輪３と接続された出力軸７０５とを備えてなる。なお、この出力軸７０５は、２本の軸７０２，７０３が継ぎ手７０４を介して接続されてなる。

トルク低減機構部７ｂは、入力軸７０１に設けられ所要端歯数・所要ピッチ円直径の第１ギア７０６と、開閉可能に構成された第１ギアボックス７０７内に回動可能に支持され入力軸７０１と平行に並設された入力側副軸７０８と、その入力側副軸７０８に設けられ第１ギア７０６と噛合された所要端歯数・所要ピッチ円直径（第１ギア７０６より小径）の第２ギア７０９と、入力側副軸７０８に設けられ所要端歯数・所要ピッチ円直径（第１ギア７０６より大径）の第３ギア７１０と、後述するセンシング用入力軸７１３に設けられ第３ギア７１０と噛合された所要端歯数・所要ピッチ円直径の第４ギア７１１（第２ギア７０９より小径）とを備え、第１ギア７０６に対して第４ギア７１１が所要の増速となるようなギア比で構成されており、入力軸７０１に付与されたトルクを低減させて後述するセンシング用入力軸７１３に付与させるようになっている。

たとえば、図３及び図４に示すように、入力軸７０１に入力されたトルクを２０（ｋｇ・ｃｍ）、第１ギア７０６のピッチ円半径を１０（ｃｍ）、第２ギア７０９のピッチ円半径を４（ｃｍ）、第３ギア７１０のピッチ円半径を１２（ｃｍ）、第４ギア７１１のピッチ円半径を２（ｃｍ）とすると、第１ギア７０６のピッチ円上の法線方向の力Ｆは、Ｆ＝Ｔ（トルク）／Ｌ（長さ）で求めることができるので２ｋｇとなり、入力側副軸７０８に生じるトルクは、Ｔ＝Ｆ・Ｌで求めることができるので８（ｋｇ・ｃｍ）となる。さらに、第３ギア７１０のピッチ円上の法線方向の力Ｆは、上記と同様にして求めると２／３（ｋｇ）となり、センシング用入力軸７１３に生じるトルクは、上記と同様にして求めると４／３（ｋｇ・ｃｍ）となる。
このように、トルク低減機構部７ｂは、入力軸７０１に入力されたトルクに対してセンシング用入力軸７１３に生じるトルクを低減するように構成されている。

トルクセンサ部７ｃは、丸ハンドルを備えた自動車用のトルクセンサを用いて構成されており、ベアリング７１２を介して入力軸７０１と独立して回動可能に接続されたセンシング用入力軸７１３と、そのセンシング用入力軸７１３の下端面に設けられた所要深さのセレーション孔７１４に噛合されると共に連通孔７１５が設けられた第１タイロッド７１６と、その第１タイロッド７１６の連通孔７１５に挿通されると共に上部が第１タイロッド７１６上部と平行ピン（図示せず）で軸着され、軸中央域が第１タイロッド７１６の連通孔７１５周面に接触しないように両軸端より縮径されたトーションバー７１７と、第１タイロッド７１６の下部が遊挿されると共にトーションバー７１７の下部が嵌着され、下部にセレーションが螺刻された第２タイロッド７１８と、ベアリング７１９を介して出力軸７０５と独立して回動可能に接続されたセンシング用出力軸７２０と、第１タイロッド７１６の中途部に遊挿される共に平行ピンで第２タイロッド７１８上部と止着され第１タイロッド７１６を覗くセンシング用のスリット等が周方向に亘って設けられたリング状の被検出体７２１と、センシング用のコイル７２２が内部に周設されると共にそのコイル７２２と接続されたコネクタ部７２３が形成され、ベアリング７２４を介して第１タイロッド７１６の上部を回動可能に支持させた上ケース７２５と、上ケース７２５と螺合されベアリング７２６を介して第２タイロッド７１８の中途部を回動可能に支持させた下ケース７２７と、を備えて構成される。

なお、センシング用入力軸７１３は、第１タイロッド７１６と一体化（一本の軸として）させて構成しても良く、これと同様に、センシング用出力軸７２０は、第２タイロッド７１８と一体化（一本の軸として）しても良いものである。

このように構成されたトルクセンサ部７ｃは、上ケース７２５または下ケース７２７が車体フレーム１に止着されており、入力軸７０１と出力軸７０５とを連結したトーションバー７１７の縮径部分に、前輪３部分等の抵抗によって生じる入力軸７０１と出力軸７０５との回転角の差、すなわち、歪を起こさせ、入力軸７０１と連動する第１タイロッド７１６と、出力軸７０５と連動する被検出体７２１との回転角の差を、電圧の変化として、入力軸７０１の回動方向の情報も備えた信号（トルク量）を出力するようになっている。

トルク増幅機構部７ｄは、センシング用出力軸７２０に設けられ所要端歯数・所要ピッチ円直径の第５ギア７２８（第４ギア７１１と同一）と、第１ギアボックス７０７とタイバー７３８で接続され開閉可能に構成された第２ギアボックス７３７と、その第２ギアボックス７３７内に回動可能に支持され出力軸７０５と平行に並設された出力側副軸７２９と、その出力側副軸７２９に設けられ第５ギア７２８と噛合された所要端歯数・所要ピッチ円直径の第６ギア７３０（第３ギア７１０と同一）と、出力側副軸７２９に設けられ所要端歯数・所要ピッチ円直径の第７ギア７３１（第２ギア７０９と同一）と、ベアリングを介してセンシング用出力軸７２０と独立して回動可能に接続された出力軸７０５に設けられ第７ギア７３１と噛合された所要端歯数・所要ピッチ円直径の第８ギア７３２（第１ギア７０６と同一）とを備え、トルク低減機構部７ｂのギア比と相殺されるようにトルク低減機構部７ｂのギア比と逆になるギア比で構成されており、センシング用出力軸７２０に付与されたトルクを増幅させて出力軸７０５に付与させるようになっている。

パワーアシスト部７ｅは、トルクセンサ部７ｃの出力信号と車速信号等の各種の信号に基づいて駆動信号を決定し電動モータ７３３に印加させる制御部（図示せず）と、その電動モータ７３３を備えると共にその電動モータ７３３に連結されたウォームギア７３４とそのウォームギア７３４に噛合されると共に出力軸７０５に挿嵌されたウォームホイール７３５とがケース７３６に内装されてなり、操舵力をアシストさせるようになっている。また、このケース７３６は、ブラケット７３９を介して第２ギアボックス７３７と接続されている。

以上のように構成された本実施の形態にかかる四輪バギーＡは、シート部５に鞍乗り状に着座した運転者がバーハンドル８を操作することで、出力軸７０５と連動した前輪３部分等の抵抗によって、入力軸７０１と出力軸７０５とをトルク低減機構部７ｂとトルク増幅機構部７ｄを介して連結したトーションバー７１７の縮径部分にねじり応力が生じる。このとき、トルク低減機構部７ｂによってトーションバー７１７に付与するトルクを低減する。また、これと同時に、入力軸７０１の回転変位とトルクをトルク増幅機構部７ｄによって元に戻す。

そして、トーションバー７１７に生じた歪量に基づいてトルクセンサ部７ｃから出力した信号（入力軸７０１の回動方向の情報も備えている）と、現在の車速信号等の各種信号とに基づいて制御部が演算し、その演算結果に基づいて電動モータ７３３に駆動信号を出力してウォームギア７３４、ウォームホイール７３５を駆動し、出力軸７０５を介して操舵力をアシストする。

このように、トルクセンサ部７ｃを設けたパワーステアリング７を四輪バギーＡに組み込むことで、本来であれば、自動車用のトルクセンサでは約１０倍もの負荷がかかるところを、トルク低減機構部７ｂが負荷を低減して、大量生産がされている自動車用の小型のトルクセンサを実装することが可能となり、したがって、生産コストを抑えた四輪バギーＡを提供できる。

以上、本実施の形態にかかる四輪バギーを説明したが、上述した実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の一例を示すものであり、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において、種々変形実施が可能である。

本実施の形態にかかる四輪バギーの概略を示した正面側斜視図である。 要部であるパワーステアリングの縦断正面図である。 トルク低減機構部を模式的に表した平面図である。 トルク低減機構部を模式的に表した正面図である。

符号の説明

Ａ 四輪バギー
１ 車体フレーム
２ 懸架装置
３ 前輪
４ 後輪
５ シート部
６ 伝達機構
７ パワーステアリング
７ａ ステアリングシャフト部
７ｂ トルク低減機構部
７ｃ トルクセンサ部
７ｄ トルク増幅機構部
７ｅ パワーアシスト部
７０１ 入力軸
７０５ 出力軸
７０６ 第１ギア
７０８ 入力側副軸
７０９ 第２ギア
７１０ 第３ギア
７１１ 第４ギア
７１３ センシング用入力軸
７１７ トーションバー
７２０ センシング用出力軸
７２９ 出力側副軸
７３０ 第６ギア
７３１ 第７ギア
７３２ 第８ギア
８ バーハンドル

Claims (5)

1. 入力軸と前記入力軸と同軸上に位置した出力軸とを備え夫々の軸が回動可能に支持されたステアリングシャフト部と、
   前記入力軸と前記出力軸との間を連結するトーションバーと前記トーションバーにかかるトルク量を検出するトルクセンサとからなるトルクセンサ部と、
   前記出力軸と係合され、前記トルクセンサ部でセンシングされた前記トルク量等に基づいて操舵力をアシストさせるパワーアシスト部とを備えたバーハンドル車両におけるパワーステアリングにおいて、
   前記トーションバー端部にはセンシング用入力軸とセンシング用出力軸が連結され、
   前記入力軸には前記センシング用入力軸が独立して回動可能に取り付けられ、
   前記入力軸と前記センシング用入力軸とに係合され、前記入力軸に付与されたトルクを低減させて前記センシング用入力軸に付与させるトルク低減機構部と、
   前記センシング用出力軸と前記出力軸とに係合され、前記センシング用出力軸に付与されたトルクを増幅させて前記出力軸に付与させるトルク増幅機構部を備え、
   前記トルク低減機構部と前記トルク増幅機構部はタイバーで連結され、前記トルク低減機構部と前記パワーアシスト部はブラケットを介して連結されていることを特徴とするバーハンドル車両におけるパワーステアリング。
2. 前記トルク低減機構部は、
   前記入力軸に設けられた第１ギアと、
   前記入力軸と平行に並設され回動可能に支持された入力側副軸と、
   前記入力側副軸に設けられ前記第１ギアと噛合された第２ギアと、
   前記入力側副軸に設けられた第３ギアと、
   前記センシング用入力軸に設けられ前記第３ギアと噛合された第４ギアと、
   を備えてなり、
   前記第１ギアに対して前記第４ギアが所要の増速となるギア比で構成されたことを特徴とする請求項１記載のバーハンドル車両におけるパワーステアリング。
3. 前記トルク増幅機構部は、
   前記センシング用出力軸に設けられた第５ギアと、
   前記出力軸と平行に並設され回動可能に支持された出力側副軸と、
   前記出力側副軸に設けられ前記第５ギアと噛合された第６ギアと、
   前記出力側副軸に設けられた第７ギアと、
   前記センシング用出力軸に設けられ前記第７ギアと噛合された第８ギアと、
   を備えてなり、
   前記第５ギアに対して前記第８ギアが所要の減速となるギア比で構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のバーハンドル車両におけるパワーステアリング。
4. 前記トルク増幅機構部は、そのギア比が、前記トルク低減機構部のギア比と相殺されるように前記トルク低減機構部のギア比と逆になるギア比で構成されていることを特徴とする請求項３記載のバーハンドル車両におけるパワーステアリング。
5. 請求項１〜４の何れか１項に記載のバーハンドル車両におけるパワーステアリングと、バーハンドルとを備えたことを特徴とするバーハンドル車両。

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